摘要：GLStudio是一個(gè)虛擬儀表開發(fā)軟件。本文介紹了GLStudio的開發(fā)環(huán)境、建模方法、與VC混合編程的方法，并將其應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)訓(xùn)練仿真中，開發(fā)了一套發(fā)動(dòng)機(jī)控制顯示面板。
　　關(guān)鍵詞：仿真;航空發(fā)動(dòng)機(jī);GLStudio
　　中圖分類號(hào)：TP391
　　
　　來越困難。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐步走向成熟，軍事發(fā)達(dá)國(guó)家都十分重視基于虛擬現(xiàn)實(shí)的仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的建設(shè)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行訓(xùn)練系統(tǒng)的開發(fā)，可以大大提高訓(xùn)練的效果，擺脫實(shí)裝的制約。在訓(xùn)練實(shí)踐中，我軍使用虛擬仿真訓(xùn)練訓(xùn)練系統(tǒng)后，訓(xùn)練效率比傳統(tǒng)方式提高10～20倍，而且可以實(shí)現(xiàn)故障重現(xiàn)、進(jìn)行特情處理訓(xùn)練，使訓(xùn)練效果又上了一個(gè)新臺(tái)階。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)務(wù)訓(xùn)練，需要對(duì)飛機(jī)座艙中發(fā)動(dòng)機(jī)的中大量的儀器面板的行為，如開關(guān)的操作、指針的擺動(dòng)、指示燈的閃爍、旋鈕的轉(zhuǎn)動(dòng)、油門桿的推收等進(jìn)行仿真。發(fā)動(dòng)機(jī)儀表面板的功能、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，利用傳統(tǒng)的建模工具，如3DMax、UG等，建模工作量大，效率低，難度大。為此，引進(jìn)了一種新型的建模工具—GLStudio。GLStudio是一個(gè)與操作系統(tǒng)無關(guān)的快速的易用的原型工具，用來創(chuàng)建實(shí)時(shí)的、照片級(jí)別的、可交互的圖形界面，可以創(chuàng)建發(fā)動(dòng)機(jī)的儀表面板。GLStudio編輯器允許一個(gè)圖形藝術(shù)家（美工）迅速而且容易地繪制美觀的圖形界面，并且能快速地建立模型，從而大大降低了建模難度，減小了工作量，提高了效率，而且建模效果非常逼真，可以達(dá)到照片級(jí)的效果。GLStudio還可以生成VisualC++直接可用的代碼，可與程序員熟悉的MFC混合編程。由于其簡(jiǎn)潔高效的開發(fā)方式，GLStudio被譽(yù)為“真實(shí)儀器面板的選擇”。
　　1利用GLStudio開發(fā)儀表面板
　　GLStudio是由分布式交互仿真技術(shù)公司（DistributedSimulationTechnologyInc.）開發(fā)的，用于建立實(shí)時(shí)的、三維的、照片級(jí)的交互圖形顯示界面。它能與HLA/DIS（HighLevelArchitecture/DistributedInteractiveSimulation）仿真應(yīng)用相連；生成C++和OpenGL源代碼，并且這些源代碼可以單獨(dú)運(yùn)行，也可以嵌入其它應(yīng)用中。
　　GLStudio代碼生成器把GLStudio編輯器創(chuàng)建的文件生成C++、Java、涉及安全的C++和OpenGL源代碼。任何可由GLStudio編輯器繪制出的圖形對(duì)象都能生成C++、Java和涉及安全的C++源代碼。代碼生成器允許把對(duì)象組生成為定制的C++類，這些C++類能被輕松集成到用戶的各種應(yīng)用程序中。
　　1.1設(shè)計(jì)交互式三維圖形
　　在GLStudio中設(shè)計(jì)交互式三維圖形，一般可以分為如下4個(gè)步驟:
　　（1）設(shè)計(jì)圖形界面。GLStudio設(shè)計(jì)器是一個(gè)經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間實(shí)踐驗(yàn)證的三維所見即所得的繪制工具。設(shè)計(jì)器有一個(gè)現(xiàn)代的、直觀的用戶圖形界面，包括了用戶所期望的所有現(xiàn)代用戶圖形界面的元素。
　　（2）生成代碼。GLStudio代碼生成器把GLStudio編輯器創(chuàng)建的文件生成C++、Java、涉及安全的C++和OpenGL源代碼。任何可由GLStudio編輯器繪制出的圖形對(duì)象都能生成C++、Java和涉及安全的C++源代碼。代碼生成器允許把對(duì)象組生成為定制的C++類，這些C++類能被輕松集成到用戶的各種應(yīng)用程序中。
　　（3）將生成的代碼添加到自己的應(yīng)用程序中。代碼生成器允許把對(duì)象組生成為定制的C++類，這些C++類能被輕松集成到仿真應(yīng)用程序中。
　　（4）編譯、連接、運(yùn)行，生成可執(zhí)行文件。
　　GLStudio設(shè)計(jì)器包括兩個(gè)主要的控制窗口和一個(gè)或多個(gè)編輯窗口。除了眾多圖形應(yīng)用程序提供的畫布外，GLStudio設(shè)計(jì)器也包含了結(jié)構(gòu)視圖，它顯示了所有設(shè)計(jì)中的對(duì)象的列表，用一個(gè)可折疊的樹狀結(jié)構(gòu)來顯示。
　　GLStudio支持照片級(jí)紋理的應(yīng)用。一切多邊形對(duì)象都可以貼紋理。紋理工具可以讓你使用大多數(shù)格式的紋理，如PNG、TIFF、JPEG、SGI、BMP等。紋理能輕松地在對(duì)象上縮放、旋轉(zhuǎn)和平鋪，以達(dá)到所期望的效果。
　　在圖形界面中，最為重要的元素就是“輸入設(shè)備”（InputDevice）。它是組（group）的一個(gè)子類，包含了組的所有屬性，還有一些額外的特性。輸入設(shè)備是能夠根據(jù)用戶輸入或程序輸入改變狀態(tài)（state）的一組對(duì)象，即輸入設(shè)備可以與用戶交互，例如，把指示燈定制為一個(gè)輸入設(shè)備，則可以定義鼠標(biāo)點(diǎn)擊（事件發(fā)生）時(shí)點(diǎn)亮或熄滅。開發(fā)人員需要為輸入設(shè)備添加事件處理的C++代碼，以處理事件或改變狀態(tài)。這些代碼放在“對(duì)象屬性/輸入設(shè)備”（ObjectProperties/InputDevice）標(biāo)簽的“回調(diào)定義”（CallbackDefinition）域中，有一些預(yù)定義的宏函數(shù)可以利用。回調(diào)函數(shù)將包含在生成的源文件中，用戶在自己編寫的應(yīng)用程序中調(diào)用它們，以響應(yīng)事件，包括鍵盤和鼠標(biāo)事件。
　　代碼生成器對(duì)話框控制著GLStudio生成代碼的設(shè)置，包括頭文件名、源文件名、代碼輸出路徑、派生類名、實(shí)例名等，這些都要加到用戶的應(yīng)用程序中。應(yīng)用類型（ApplicationType）包括Standalone、glxComponent和wglComponent3種，分別用于將GLStudio代碼獨(dú)立運(yùn)行、加入U(xiǎn)NIX系統(tǒng)已有程序和加入MicrosoftWindows系統(tǒng)已有程序中。在與MFC混合編程時(shí)，新建工程向?qū)ё詣?dòng)將所需要的程序文件（如頭文件等）加入到用戶的工程中。
　　1.2使用GLStudio生成的代碼編程
　　如上所述，GLStudio生成的代碼有3種類型，由于大多數(shù)的開發(fā)人員使用VisualC++的MFC編程，這里重點(diǎn)介紹GLStudio生成的代碼與MFC的混合編程方法。
　　（1）GLStudio代碼生成器應(yīng)生成Wglcomponent類型的代碼。
　　（2）用戶要建立一個(gè)MFCEXE程序，然后將GLStudio生成的頭文件和源文件（包含完整的路徑名）加入工程中。
　　（3）在自己的應(yīng)用程序中，生成GLStudio生成類的一個(gè)實(shí)例，并使用該類的Draw函數(shù)在窗口中繪制圖形。
　　（4）在GLStudio中，根據(jù)面板儀表的功能，設(shè)計(jì)輸入/輸出屬性，從而響應(yīng)交互和顯示。在響應(yīng)用戶事件（如鼠標(biāo)事件）時(shí)，需要將鼠標(biāo)位置坐標(biāo)傳遞給GLStudio所生成的類，將Windows坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為GLStudio下的坐標(biāo)。GLStudio的坐標(biāo)原點(diǎn)在左下角，與Windows的左上角不同。另外，GLStudio與Windows事件消息在種類和描述上都有所不同。
　　3GLStudio在發(fā)動(dòng)機(jī)仿真中具體應(yīng)用
　　3.1建模和貼圖處理
　　建模的基本方法為采用二維儀表技術(shù)來實(shí)現(xiàn)大多數(shù)虛擬儀表，在降低系統(tǒng)資源占用的同時(shí)，使其依然具有三維效果。所有的開關(guān)、旋鈕、按鈕、指示燈、表頭、多功能顯示器（MFD）等，都采用二維技術(shù)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于油門桿、駕駛桿等，只能采用三維的建模方法實(shí)現(xiàn)。三維模型采用層次結(jié)構(gòu)OpenFlight格式。OpenFlight格式是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，以數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)方式對(duì)模型進(jìn)行后期處理、顯示。圖1就是利用二維技術(shù)實(shí)現(xiàn)的開關(guān)、轉(zhuǎn)速表模型，雖然模型是二維的，但是加上陰影等處理后，顯示效果明顯具有立體感。當(dāng)然，在后期GLStudio處理中要注意Z-Buffer的設(shè)置。
　　為了提高調(diào)入和渲染速度，貼圖大小要求滿足OpenGL對(duì)圖形圖像驅(qū)動(dòng)的要求，即大小為2m×2n。例如有一幅圖像大小為30×40，則最終處理時(shí)大小應(yīng)為32×64。貼圖的大小盡量不要超過1024×1024。
　　為了方便改變貼圖的透明度，圖片采用了PNG的格式。
　　                            
　                                                                                     　圖1開關(guān)、轉(zhuǎn)速表的模型
　　
　　3.2創(chuàng)建工程
　　在VC或VC.Net中生成GLStudio工程。注意VC中的GLStudio工程分為Standalone和Component，為了便于調(diào)試，最初制作時(shí)應(yīng)生成Standalone。在完成基本設(shè)計(jì)之后，根據(jù)需要，后期可以打包生成Component工程，從而生成.dll控件，方便集成后插入其它程序環(huán)境中。
　　3.3代碼設(shè)計(jì)
　　對(duì)于不同的面板儀表功能，將其劃分如表1所示幾類。
　　                                                                  表1虛擬儀表設(shè)計(jì)分類

                                     
　　例如對(duì)于開關(guān)，只需要把其DetenVal值傳出即可。但是對(duì)于多位開關(guān)，GLStudio自動(dòng)對(duì)其DtentVal進(jìn)行編號(hào)，這種編號(hào)有可能不是我們想要的，而且由于多位開關(guān)的動(dòng)作也是與DtentVal一致的，由GLStudio自動(dòng)編號(hào)，所以如果直接用GLStudio中的GlsSwitch來制作有可能達(dá)不到要求，此時(shí)可以把要作的元件轉(zhuǎn)化成基本的InputDevice，通過代碼實(shí)現(xiàn)開關(guān)的動(dòng)作及屬性值的外傳。
　　在客戶程序中，要把事件消息（例如鼠標(biāo)按下）傳遞給GLStudio生成的代碼，GLStudio的“InputDevice”接收到這個(gè)消息（通常是鼠標(biāo)擊中、鍵盤按下等），才能響應(yīng)用戶的操作，實(shí)現(xiàn)預(yù)先定義的功能。
　　以鼠標(biāo)左鍵按下為例，在InputDevice的回調(diào)函數(shù)中定義:
　　ON-MOUSE-DOWN（MOUSE-LBUTTON）
　　{
　　……
　　}
　　其中，ON-MOUSE-DOWN（MOUSE-LBUTTON）是GLStudio預(yù)定義的宏，表示鼠標(biāo)左鍵按下。
　　以下是一個(gè)具體的開發(fā)實(shí)例的部分代碼，具體功能為響應(yīng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊、拖動(dòng)，STICK_1實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。
　　intstick_1Class::moveStick_Class_Cb(InputDevice*self,DisplayEvent*ev)
　　{
　　MouseEvent*mev=(MouseEvent*)ev;
　　stick_1Class*frame=(stick_1Class*)self->Parent();
　　……
　　ON_MOUSE_DOWN(MOUSE_RBUTTON)
　　{
　　lastx=mev->lx;
　　lasty=mev->ly;
　　……
　　}
　　……
　　if(ev->eventSubtype==MOUSE_DRAG)
　　{
　　x=mev->lx;
　　y=mev->ly;
　　……
　　STICK_1->DynamicRotate(dx,Y_AXIS);
　　STICK_1->DynamicRotate(-dy,X_AXIS);
　　}
　　return1;
　　}
　　其中，stick_1是一個(gè)MFCEXE工程；moveStick_Class是GLStudio的一個(gè)派生實(shí)例；moveStick_Class_Cb是GLStudio中定義的一個(gè)InputDevice。值得注意的是，在響應(yīng)用戶事件（如鼠標(biāo)事件）時(shí)，需要將Windows坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為GLStudio下的坐標(biāo)。
　　GLStudio的坐標(biāo)原點(diǎn)在左下角，與Windows的左上角不同。在用戶程序中可以這樣轉(zhuǎn)換:
　　CRectrect;
　　GetClientRect（&rect）;
　　mouse.y=rect.bottom2rect.top2point.y;
　　mouse.x=point.x;
　　mouse.ly=rect.bottom2rect.top2point.y;
　　mouse.lx=point.x;
　　mouse.lz=0;
　　另外，Windows與GLStudio對(duì)事件消息的描述不一樣，例如，鼠標(biāo)左鍵按下事件，在MFC消息映射時(shí)，用OnLButtonDown就可以描述了，但在GLStudio中要描述如下:
　　MouseEventmouse;
　　mouse.eventType=EVENT-MOUSE;
　　mouse.buttonMask=MOUSE-LBUTTON;
　　mouse.eventSubtype=MOUSE-DOWN;
　　再者，GLStudio與Windows定義的事件消息種類不同，如GLStudio中有MouseDrag事件，可以直接拖動(dòng)對(duì)象，而Windows中沒有這個(gè)事件，必須通過MouseMove或其他方式來實(shí)現(xiàn)。
　　3.4系統(tǒng)集成
　　將建立的發(fā)動(dòng)機(jī)儀表面板發(fā)布成Component，在VC的開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行集成。集成后，建立了一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)操作顯示的座艙環(huán)境。編制發(fā)動(dòng)機(jī)操作邏輯代碼，接受處理虛擬儀表的輸出屬性值，向響應(yīng)儀表輸入屬性進(jìn)行顯示驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的訓(xùn)練功能。
　　4結(jié)束語
　　在航空發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)中利用GLStudio開發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)面板儀表，建立了仿真度高、易用的。利用GLStudio進(jìn)行面板儀表開發(fā)，建模形象逼真、速度快、效率高，生成代碼可讀性好，確實(shí)是儀表面板仿真的開發(fā)利器。
　　參考文獻(xiàn):
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　　[2]DistributedSimulationTechnologyInc.GLStudioReleaseNotes.2004.
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　　[4]黃柯棣.系統(tǒng)仿真技術(shù)[M].長(zhǎng)沙:國(guó)防科技大學(xué)出版社,1998